康复论文提纲

论文题目：上肢康复机器人设计与研究

摘要：目前,由脑卒中引起的上肢偏瘫对人类的健康造成严重的威胁,患病后的大部分人都会存在不同程度的运动功能障碍,无法对肢体进行有效的控制。康复机器人系统的应用研究为上肢偏瘫患者的康复训练开辟了新的有效途径,能够弥补临床康复运动治疗过程中的诸多不足。因此,本文针对偏瘫中后期患者设计了一种五自由度上肢康复机器人,并围绕其展开研究,主要工作内容如下:（1）基于偏瘫康复理论,分析上肢偏瘫患者的异常运动方式,并根据不同的康复阶段选择不同的康复疗法。基于人体解剖学知识,分析上肢各关节构型及基本运动形式,确定上肢各关节运动范围。（2）基于人体上肢运动特征和人机工程学原理,提出上肢康复机器人设计要求,确定了机器人各自由度。基于模块化思想,完成机器人各关节运动模块设计、重力补偿模块设计。其肩关节结构可提高在冠状面内收/外展运动效率,重力补偿装置提高机器人的安全性。在此基础上确定各关节的驱动参数,完成电机、减速器等驱动元件的选型。（3）针对上肢康复机器人结构适用性问题,基于D-H参数法,建立上肢康复机器人的运动学模型。并根据空间坐标向量变化关系求解正运动学方程。基于反变换法和正运动学结果求解逆运动学方程和雅可比矩阵。基于蒙特卡洛法随机抽样函数,求解执行机构空间中一定数量的数值点,确定机器人的工作空间。基于Adams完成上肢康复机器人的运动学仿真分析,验证上肢康复机器人结构设计的合理性。（4）针对上肢康复机器人运动平稳性问题,基于拉格朗日法建立上肢康复机器人的动力学模型,并推导动力学方程。基于Adams对上肢康复机器人进行动力学仿真分析,验证电机等驱动元件的选型满足要求。基于关节空间五次多项式插值法和笛卡尔空间直线插值法,完成上肢康复机器人的轨迹规划。基于MATLAB进行轨迹规划仿真分析,验证上肢康复机器人运动的连续性和平稳性。（5）基于所设计的上肢康复机器人和三维运动捕捉系统,测量上肢各关节运动角度范围。搭建了上肢康复机器人实验平台,完成了单关节被动康复训练实验、多关节被动康复训练实验和主动康复训练实验,验证所提出理论正确性和结构设计的合理性。

关键词：上肢康复机器人;结构设计;运动学;动力学;轨迹规划

学科专业：机械工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.2.1 研究背景

1.2.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.3.3 上肢康复机器人主要存在的问题

1.4 论文研究内容

第2章 脑卒中偏瘫康复理论及人体上肢运动机理分析

2.1 脑卒中偏瘫康复理论

2.1.1 偏瘫概述

2.1.2 运动功能训练方式

2.2 人体上肢运动机理分析

2.2.1 人体解剖学分析

2.2.2 人体上肢生理结构

2.2.3 人体上肢运动分析

2.3 本章小结

第3章 上肢康复机器人结构设计

3.1 上肢康复机器人设计要求

3.2 上肢康复机器人方案设计

3.2.1 上肢康复机器人运动范围

3.2.2 人体尺寸范围标准

3.2.3 上肢康复机器人机理研究

3.3 上肢康复机器人机械结构设计

3.3.1 肩关节结构设计

3.3.2 肘关节和腕关节结构设计

3.3.3 上肢康复机器人总体结构

3.4 上肢康复机器人驱动系统设计

3.4.1 驱动方式选择

3.4.2 关节驱动力矩及功率计算

3.4.3 动力元件的选型

3.5 本章小结

第4章 上肢康复机器人运动学分析

4.1 上肢康复机器人正运动学分析

4.1.1 上肢康复机器人D-H参数模型的建立

4.1.2 上肢康复机器人正运动学求解

4.2 上肢康复机器人逆运动学分析

4.2.1 关节变量求解

4.2.2 雅可比矩阵求解

4.3 上肢康复机器人工作空间分析

4.4 上肢康复机器人运动学仿真分析

4.4.1 基于ADAMS建立虚拟样机

4.4.2 仿真结果

4.5 本章小结

第5章 上肢康复机器人动力学分析与轨迹规划

5.1 上肢康复机器人动力学研究方法

5.2 上肢康复机器人动力学模型建立

5.2.1 拉格朗日动力学方法

5.2.2 拉格朗日动力学方程求解

5.3 动力学仿真分析

5.4 上肢康复机器人轨迹规划

5.4.1 关节空间的轨迹规划

5.4.2 笛卡尔空间的轨迹规划

5.4.3 轨迹规划仿真

5.5 本章小结

第6章 上肢康复机器人样机搭建及实验验证

6.1 上肢康复机器人实验平台

6.2 上肢动态捕捉系统数据采集

6.2.1 三维动态捕捉系统

6.2.2 关节转角测量实验

6.3 被动康复训练实验

6.3.1 单关节康复训练实验

6.3.2 多关节复合运动康复训练实验

6.4 主动康复训练实验

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 总结

7.2 研究展望

参考文献

致谢